[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

ビタミンB12を触媒に用いた脱ハロゲン化反応

[スポンサーリンク]

ビタミンB12(図1a 別名:コバラミン)は、コリン環の中心にコバルトイオンが存在する金属錯体です。

ビタミンB12は配位子Lによって機能が異なり、生体内で10種類以上の酵素反応に関与しています。その例として、異性化反応(図1Ba)、メチル化反応(図 1Bb)、脱ハロゲン化反応(図Bc)が挙げられます[1]。

2016-01-18_13-40-29

図1 (A) コバラミンの構造と誘導体 (B) 酵素反応の例

 

なかでも、テトラクロロエチレンの還元的脱ハロゲン化は、環境汚染物質の分解法の一つとして注目されています。この反応は、酵素中のビタミンB12と鉄-硫黄クラスターによって進行します(図 2A)。この反応機構の詳細は未だに解明されておらず、図2Bに示す2つの経路が提唱されています。いずれの経路においても、Co(I)が活性種となってテトラクロロエチレンを2電子還元することでトリクロロエチレンが生成し、鉄-硫黄クラスターがコバルトを2価から1価に還元することで触媒的に反応が進行します[2]。

 

2016-01-18_13-41-09

図2 (A) 脱ハロゲン化酵素の構造 (B) 脱ハロゲン化反応の機構

 

本記事では九州大学の久枝良雄教授らによって報告された「ビタミンB12を触媒に用いた脱ハロゲン化反応」とその関連研究について紹介したいと思います。

 

ビタミンB12の生体外での応用

久枝らは、生物によって代謝されるため環境汚染性が低いビタミンB12を用いたグリーンケミストリーを展開しています。ビタミンB12の酵素反応を模倣するには、コバルト種を2価から1価に還元する鉄-硫黄クラスターの代わりとなるものが必要となりますが、ここで化学還元剤を用いるとグリーンケミストリーの考え方に反します。

そこで久枝らは、豊富でクリーンなエネルギーである光を用いた生体模倣触媒を開発してました。今回紹介するビタミンB12を酸化チタンに固定化させた触媒はその中の1つです。酸化チタンの励起電子の還元力は-0.5 V vs. NHEであり、コバルトイオンを2価から1価に還元するのに十分です[3]。実際に、彼らは2009年に触媒1を開発し、DDTの還元的脱ハロゲン化を達成しました(図 3A)[4]。この触媒は不均一系触媒であるので、反応後の分離が容易かつ、再利用も可能であることからクリーンな触媒と言えます。

これまで、Co(I)の自然酸化や触媒の分解を防ぐため、不活性ガス雰囲気下で反応を行ってきました。そこで最近、久枝らは、空気中でも安定な触媒2を開発し窒素雰囲気下で反応を行ったところ、ベンゾトリクロリドからジクロロスチルベンが得られました[5]。一方で空気中では脱ハロゲン化で止まらず、さらに酸素と反応し、エステルが生成することを見出しました(図 3B)。この反応は、中間体として酸クロリドが生成するため、過剰量のアミン存在下ではアミドが生成する。また、この反応は空気中、室温で進行するため、環境への負担が少ないと考えられます。

 

2016-01-18_13-43-23

図3 (A) DDTの脱ハロゲン化反応 (B) 最近開発した空気に安定な触媒による脱ハロゲン化反応

 

まとめ

DDTやベンゾトリクロリドは第1類特定化学物質に指定されており、「微量の曝露でがん等の慢性・遅発性障害を引き起こす物質」として位置づけられています。これまでにもビタミンB12を触媒に用いた脱ハロゲン化が報告されていますが、さらに反応を空気中で行うことで環境汚染物質を有用な化合物へ変換できたのが注目すべき点だと思います。

 

参考文献

  1.  Giedyk, M.; Goliszewska, K.; Gryko, D. Chem. Soc. Rev. 2015, 44, 3391. DOI: 10.1039/C5CS00165J
  2. Hisaeda, Y. Bull. Jpn. Soc. Coord. Chem. 2009, 54, 10. [PDF]
  3. Izumi, S.; Simakoshi, H.; Abe, M.; Hisaeda, Y. Dalton Trans. 2010, 39, 3302. DOI: 10.1039/B921802E
  4. Shimakoshi, H.; Abiru, M.; Izumi, S.; Hisaeda, Y. Chem. Commun. 2009, 6427. DOI: 10.1039/B913255D
  5. Simakoshi, H.; Hisaeda, Y. Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 15439. DOI:10.1002/anie.201507782
Avatar photo

bona

投稿者の記事一覧

愛知で化学を教えています。よろしくお願いします。

関連記事

  1. 高用量ビタミンB12がALSに治療効果を発揮する。しかし流通問題…
  2. 研究室でDIY!~エバポ用真空制御装置をつくろう~ ④
  3. 博士課程学生の経済事情
  4. NMR Chemical Shifts ー溶媒のNMR論文より
  5. 全合成研究は創薬化学のトレーニングになり得るか?
  6. マテリアルズ・インフォマティクスの推進成功事例セミナー-なぜあの…
  7. 【書籍】理系のための口頭発表術
  8. 2014年ノーベル賞受賞者は誰に?ートムソン・ロイター引用栄誉賞…

注目情報

ピックアップ記事

  1. 最新 創薬化学 ~探索研究から開発まで~
  2. CRISPRの謎
  3. チャオ=ジュン・リー Chao-Jun Li
  4. Cu(I) の構造制御による π 逆供与の調節【低圧室温水素貯蔵への一歩】
  5. 超小型シリンジ開発 盛岡の企業
  6. 化学連合シンポ&化学コミュニケーション賞授賞式に行ってきました
  7. 第88回―「新規なメソポーラス材料の創製と応用」Dongyuan Zhao教授
  8. ヤンセン 新たな抗HIV薬の製造販売承認を取得
  9. 外国人研究者あるある
  10. なぜあなたは論文が書けないのか

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2016年2月
月 火 水 木 金 土 日
1234567
891011121314
15161718192021
22232425262728
29  

注目情報

最新記事

大学院留学してよかったこと, 悪かったこと【英語, 経済面, オーバードクターに関するお話】

海外の大学で、その大学に籍を置く大学 (院) 生として留学することは「学位留学」と呼ばれたりします。…

光前駆体法の活用によって、ヘプタセンで初の一重項分裂を観測!

第725回のスポットライトリサーチは、京都大学大学院 理学研究科化学専攻 有機元素化学研究室(山田研…

【スタッフ・寄稿募集】Chem-Stationで、化学を「伝える側」になりませんか?

Chem-Station(ケムステ)は2000年に開設された国内最大の化学ポータルサイトです。大学・…

第17回大津会議―とある参加者の記録―

2026年9月28日~29日に開催された第17回大津会議についての、とある参加者の記録です。この記事…

第17回大津会議 -Otsu Conference- 2026 開催報告 ~新体制で紡ぐ「有機合成の夢」~

第17回大津会議が2026年9月28日(月)〜9月29日(火)びわ湖大津プリンスホテルにて開催されま…

有機合成化学協会誌2026年10月号:医薬品プロセス開発・σ芳香族性・含窒素複素環・メロテルペノイド二量体・高歪み化合物

有機合成化学協会が発行する「有機合成化学協会誌」2026年10月号がオンラインで公開されています。…

時代は水だ! セメントのように水と混ぜるだけで成形・硬化できる「水硬性」高分子

第724回のスポットライトリサーチは、東京科学大学物質理工学院(大塚研究室)博士前期課程2年の徳満玲…

複雑さを設計して、結晶の動きをプログラムする

第723回のスポットライトリサーチは、高知工科大学大学院工学研究科(林研究室) 博士後期課程3年の樋…

ハロゲンの力で強力な結合を切断!天然物クマリンから医薬品・機能性材料原料のクマラノン類へ

第 722 回のスポットライトリサーチは、立命館大学大学院薬学研究科薬学専攻 精密合…

観察を写真で残す!カメラ内蔵リアクタ EasyMax 102i を使ってみた

反応の温度も、攪拌(かくはん)も、滴下も、サンプリングもいまや自動で記録される時代になりました。とこ…

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー

PAGE TOP